EP0898670B1 - Regelung zum schliessen einer reibschlussverbindung - Google Patents

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EP0898670B1
EP0898670B1 EP97923933A EP97923933A EP0898670B1 EP 0898670 B1 EP0898670 B1 EP 0898670B1 EP 97923933 A EP97923933 A EP 97923933A EP 97923933 A EP97923933 A EP 97923933A EP 0898670 B1 EP0898670 B1 EP 0898670B1
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EP
European Patent Office
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turb
torque
converter
frictional connection
soll
Prior art date
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EP97923933A
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English (en)
French (fr)
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Thomas Knapp
Wolfgang Danz
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a regulation for Closing a frictional connection in the drive train a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • an automatic transmission consists of one hydrodynamic converter, at least one planetary gear set and at least two switchable frictional connections Torque transmission. These frictional connections can Be friction clutches or gear brakes. you will be hydraulically closed and by means of a return spring opened again. Stage automatic transmissions usually have multiple planetary gear sets to shift multiple forward gears to be able to.
  • Continuously variable belt transmissions have a planetary gear set upstream, with a sun gear, two in each other engaging planet gears on a planet carrier and a ring gear for switching the forward and reverse direction and idle.
  • a planet gear engages the sun gear and the other into the ring gear.
  • This gear have a hydrodynamic converter as a starting aid.
  • a friction clutch is attached with which the forward direction is switched and the torque peaks in Drive train should limit by slippage, so that the belt transmission not with such a high torque is loaded, causing the power transmission element to slip leads in the belt transmission and this badly worn out.
  • the direction of travel be switched smoothly, d.
  • the invention has for its object a regulation for closing the friction clutch or the transmission brake, the frictional connection between the drive unit and manufactures the drive train of the motor vehicle, where the adjustment of the control parameters is not for each engine and converter type in one complex Procedure must take place.
  • the actuating cylinder After setting the travel direction selector lever the actuating cylinder becomes on forward or backward travel the friction clutch or transmission brake of the depending on the desired direction of travel switched drivetrain quickly filled with hydraulic fluid. The others Actuating cylinder for this direction of travel Releasing frictional connections are emptied. This Filling phase continues until the clutch or brake grips begins. Then a torque begins on the clutch or brake to act, which is a change in the speed difference between converter pumps and turbine wheel. Based on this change in speed difference recognize the engagement point of the clutch or brake. At switching the forward or reverse direction the turbine speed in comparison to Impeller speed from.
  • the torque on the primary side of the clutch is the same as that of the converter turbine wheel, because primary clutch side and converter turbine wheel are non-rotatably connected.
  • With increasing pressure on the friction clutch takes the speed difference from primary and secondary side of the clutch and the speed difference from the converter pump and turbine wheel. Finally, the friction clutch is completely closed and the speed difference zero.
  • the full speed difference between the engine and transmission input acts on the converter. Torque peaks the drive train becomes the converter dampened.
  • the drop in engine speed due to the load of the converter is from the injection pump - if available - fixed away.
  • the model-based regulation for Closing the frictional connection offers the advantage that the regulation does not apply to everyone for a specific gear type permissible motor and converter are specially coordinated must, but only their parameters as parameters in the control algorithm must be entered.
  • the friction clutch should be closed within a given time d. H. the differential speed of the coupling halves to zero be dismantled. This process should be as soft and done comfortably.
  • the pressure p_k in the actuating cylinder of the friction clutch is advantageously set by a pressure control valve which is controlled by the current through its solenoid.
  • Equation (2) The clutch torque required for this is designated M_k, should.
  • M_k M_ turb * - ⁇ _turb ⁇ d ⁇ _turb, should / dt with M_ turb * the calculated turbine torque from the characteristic curves stored in the computer. If this clutch torque is known, the required clutch setpoint pressure p_k, setpoint and setpoint current I_k, setpoint can be calculated.
  • the turbine target gradient becomes d ⁇ _turb, Soll / dt of one Proportional-integral-differential controller set.
  • This Controller calculates from the current turbine speed ⁇ _turb, and the target speed ⁇ _turb, is the target gradient d ⁇ _turb, should / dt, which input variable in a Correction element is.
  • An emergency program is preferably included in the control provided if the model-based control the frictional connection after a defined time setting the travel direction selector lever to forward or do not close completely when reversing can. In this case, the frictional connection is over a predetermined closing ramp is closed in a controlled manner. Otherwise the engine may become disproportionate to turn up. The powertrain losses would be high and the frictional connection would be worn too much.
  • the final control pressure value of the frictional connection is preferably limited in a way that the maximum transmitted torque is less than that of the power transmission element in the variator of a belt transmission with continuously variable translation. This also applies to Torque peaks in any case a slipping of the Power transmission element of the belt transmission avoided, the destruction of the belt transmission can lead.
  • the control parameters are preferably based on the temperature compensated. This will change the viscosity of the gear oil with the temperature taken into account.
  • a controller 1 regulates a frictional connection via a correction element 2 and a current-pressure converter 3 as a controlled system 4, into which the turbine torque M_turb of a hydrodynamic converter 5 is included as a disturbance variable.
  • Input variables of the control loop are the setpoint of the setpoint of the angular velocity of the converter turbine ⁇ _turb as the reference variable and the turbine torque M_turb as the disturbance variable.
  • the output variable of the control loop is the actual value of the angular velocity of the converter turbine ⁇ _turb, ist. This actual value is compared with the reference variable ⁇ _turb, should at summation point 6. The comparison yields the control difference, which is the input variable of controller 1.
  • Its output variable is the target value of the time derivative of the angular velocity of the converter turbine d ( ⁇ _turb, target) / dt, which in turn is the input variable in the correction element 2.
  • the correction element 2 takes into account the functional dependency of the controlled variable on the disturbance variable, ie the behavior of the controlled system 4 in response to the disturbance variable, so that the complex dependency of the controlled variable on the disturbance variable through this upstream correction to a simple dependency of the controlled variable on a functional one
  • Dependence corrected disturbance variable is
  • the output variable of the correction element 2 is a current value, which is converted into a pressure value by the current-pressure converter 3.
  • This current-pressure converter 3 is usually an electromagnetic pressure regulator. This pressure value is the input variable in the controlled system 4.
  • the output variable of the controlled system 4 is the actual value of the angular velocity of the converter turbine ⁇ _turb, ist.
  • the system of correction element 2, current-pressure converter 3 and controlled system 4 forms an almost linear replacement controlled system. This has the advantage that an easily tunable proportional-integral-differential controller can be used as controller 1, which in a first approximation is independent of the coupling geometry and the converter used.

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Regelung zum Schließen einer Reibschlußverbindung im Antriebsstrang bei einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der Regel besteht ein Automatgetriebe aus einem hydrodynamischen Wandler, mindestens einem Planetenradsatz und mindestens zwei schaltbaren Reibschlußverbindungen zur Drehmomentübertragung. Diese Reibschlußverbindungen können Reibungskupplungen bzw. Getriebebremsen sein. Sie werden hydraulisch geschlossen und mittels einer Rückstellfeder wieder geöffnet. Stufenautomatgetriebe haben in der Regel mehrere Planetenradsätze, um mehrere Vorwärtsgänge schalten zu können.
Stufenlose Umschlingungsgetriebe haben einen Planetenradsatz vorgeschaltet, mit einem Sonnenrad, zwei in einander eingreifende Planetenrädern auf einem Planetenträger und einem Hohlrad zum Schalten von Vorwärts- und Rückwärtsfahrtrichtung und Leerlauf. Dabei greift ein Planetenrad in das Sonnenrad und das andere in das Hohlrad ein. Diese Getriebe besitzen einen hydrodynamischen Wandler als Anfahrhilfe. Zwischen diesem und dem Umschlingungsgetriebe ist eine Reibungskupplung angebracht, mit der die Vorwärtsfahrtrichtung geschaltet wird und die Drehmomentspitzen im Antriebsstrang durch Schlupf begrenzen soll, damit das Umschlingungsgetriebe nicht mit einem derart hohen Drehmoment belastet wird, das zu einem Durchrutschen des Kraftübertragungselements im Umschlingungsgetriebe führt und dieses stark verschleißt. Um beim Schalten der Fahrtrichtung keine Drehmomentspitzen zu erzeugen, die zu einem Durchrutschen des Kraftübertragungselements im Umschlingungsgetriebe führen und dieses stark verschleißen, muß die Fahrtrichtung sanft geschaltet werden, d. h. die Kupplung bzw. Bremse darf nicht schlagartig geschlossen werden. Darüber hinaus ist ein schlagartiges Schließen der Reibschlußverbindung aus Komfortgründen inakzeptabel. Wird in den Schließvorgang hinein gasgegeben, so muß allerdings diese Kupplung bzw. Bremse nicht nur sanft, sondern zugleich schnell geschlossen werden, damit der Motor bei Leistungsanforderung des Fahrers nicht unverhältnismäßig hochdreht. Das für jede mögliche Leistungsanforderung des Fahrers schnelle und sanfte Schließen der Reibungskupplung oder Getriebebremse erfordert eine Regelung.
Solche Regelungen sind bekannt, die europäische Patentschrift 0 436 978 B1 beschreibt eine Art einer Regelung zum Schließen einer Reibschlußverbindung. Diese Art von Regelungen müssen aber für verschiedene Motoren und Wandler einzeln in einem aufwendigen Verfahren abgestimmt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung für das Schließen der Reibungskupplung bzw. der Getriebebremse, die den Kraftschluß zwischen Antriebseinheit und Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges herstellt, zu schaffen, bei der die Abstimmung der Regelparameter nicht für jeden Motor- und Wandlertyp eigens in einem aufwendigen Verfahren erfolgen muß.
Diese Aufgabe wird mit einer, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches aufweisenden gattungsgemäßen Regelung gelöst.
Nach erfolgtem Einstellen des Fahrtrichtungsvorwahlhebels auf Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt wird der Betätigungszylinder der Reibungskupplung bzw. Getriebebremse des je nach gewünschter Fahrtrichtung geschalteten Antriebsstranges schnell mit Hydraulikflüssigkeit befüllt. Die anderen Betätigungszylinder der für dieser Fahrtrichtung zu lösenden Reibschlußverbindungen werden entleert. Diese Füllphase dauert an, bis die Kupplung oder Bremse zu greifen beginnt. Danach beginnt ein Drehmoment auf die Kupplung oder Bremse zu wirken, das eine Veränderung der Drehzahldifferenz zwischen Wandlerpumpen und -turbinenrad verursacht. Anhand dieser Drehzahldifferenzänderung läßt sich der Eingriffspunkt der Kupplung oder Bremse erkennen. Bei dem Schalten der Vorwärts- oder Rückwärtsfahrtrichtung aus dem Stand nimmt die Turbinenraddrehzahl im Vergleich zur Pumpenraddrehzahl ab.
Bei einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe mit vorgeschaltetem Planetenradsatz ruht bei stillstehendem Kraftfahrzeug die Abtriebswelle und damit das Sonnenrad. Die Antriebswelle ist mit dem Planetenträger und der Primärseite der Reibungkupplung drehfest verbunden. Solange beim Schalten der Vorwärtsfahrtrichtung die Reibungskupplung noch nicht greift, ist die Drehzahl der Primärseite der Reibungskupplung und damit die Drehzahl des Wandlerturbinenrades durch die Verluste des hydrodynamischen Wandlers geringfügig niedriger als die Motordrehzahl - und damit die Drehzahl des Wandlerpumpenrades. Wird die Reibungskupplung beim Vorwärtsfahren geschlossen, so wirkt durch die einsetzende Reibungskraft ein Drehmoment auf beide Seiten der Kupplung. Das Drehmoment auf der Sekundärseite der Kupplung führt zum Anrollen des Kraftfahrzeuges, sobald die Haftreibung des Kraftfahrzeuges überwunden wird. Das Drehmoment auf der Primärseite der Kupplung ist gleich dem des Wandlerturbinenrades, da Kupplungsprimärseite und Wandlerturbinenrad drehfest verbunden sind. Mit steigendem Druck auf die Reibungskupplung nimmt die Drehzahldifferenz von Primär- und Sekundärseite der Kupplung ab und die Drehzahldifferenz von dem Pumpen- und Turbinenrad des Wandlers zu. Schließlich ist die Reibungskupplung ganz geschlossen und die Drehzahldifferenz Null. Die volle Drehzahldifferenz zwischen Motor und Getriebeeingang wirkt am Wandler. Drehmomentspitzen aus dem Antriebsstrang werden vom Wandler abgedämpft. Der Abfall der Motordrehzahl durch die Belastung des Wandlers wird von der Einspritzpumpe - falls vorhanden - weggeregelt. Die modellbasierende Regelung zum Schließen der Reibschlußverbindung bietet den Vorteil, daß die Regelung nicht für jeden für einen bestimmten Getriebetyp zulässigen Motor und Wandler eigens abgestimmt werden muß, sondern nur deren Kenngrößen als Parameter in den Regelalgorithmus eingegeben werden müssen. Die Reibungskupplung soll innerhalb vorgegebener Zeit geschlossen werden, d. h. die Differenzdrehzahl der Kupplunghälften auf Null abgebaut werden. Dieser Vorgang soll möglichst weich und komfortabel erfolgen.
Beim Rückwärtsanfahren wird die Getriebebremse geschlossen, die das Hohlrad mit dem Getriebegehäuse reibschlüssig verbindet. Die Reibungskupplung bleibt dabei offen. Beginnt die Bremse zu greifen, so nimmt der Planetenträger und damit das Wandlerturbinenrad Drehmoment auf. Infolge dessen steigt das auf das Pumpenrad des Wandlers wirkende Drehmoment und die Drehzahldifferenz von Pumpen- und Turbinenrad nimmt deutlich zu. Der Wandler beginnt im Bereich der Drehmomentüberhöhung zu arbeiten. Mit steigendem Druck auf die Getriebebremse nimmt die Drehzahl des Planetenträgers ab und die Drehzahldifferenz von dem Pumpen- und Turbinenrad des Wandlers zu. Schließlich ist die Bremse ganz geschlossen und die Drehzahl des Planetenträgers Null. Die volle Drehzahldifferenz zwischen Motor und Getriebeeingang wirkt am Wandler. Drehmomentspitzen aus dem Antriebsstrang werden vom Wandler abgedämpft. Das aus dem Drehmoment des Planetenträgers resultierende Drehmoment des Sonnenrades führt zum Rückwärts-Anrollen des Kraftfahrzeuges, sobald die Haftreibung des Kraftfahrzeuges überwunden wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gilt für das Modell zum geregelten Schließen einer Reibschlußverbindung folgendes gekoppelte Differentialgleichungssystem: dω_motor/dt = 1/Θ_motor·[M_ motor-M_verbr-M_p], dω_turb/dt = 1/Θ_turb·[M_ turb-M_k], mit:
ω_motor
Winkelgeschwindigkeit des Motors,
t
Zeit,
Θ_motor und
Trägheitsmoment von Motor, Wandlerpumpenrad Verbindungswellen,
M_motor
Drehmoment des Motors,
M_verbr
Drehmoment der Nebenaggregat-Verbraucher,
M_p
Drehmoment des Wandlerpumpenrades,
ω_turb
Winkelgeschwindigkeit des Wandlerturbinen rades,
Θ_turb
Trägheitsmoment von Wandler-Turbine, Kupplungseingangsseite und Verbindungswellen,
M_turb
Drehmoment des Wandlerturbinenrades,
M_k
Drehmoment der Reibungskupplung,
wobei die Kopplung der Differentialgleichungen durch die Wandlerkennlinle µ über die Beziehung M_turb=µ·M_p = µ(ν)·M_p gegeben ist.
Dabei ist M_p seinerseits durch die Beziehung M_p = M_p,ref(ν)· ω2_motor/ω2_ref gegeben.
ω_ref ist dabei die Winkelgeschwindigkeit, bei der die Wandlerkennlinien µ(ν) und M_p,ref(ν) vermessen werden. ν ist das Drehzahlverhältnis: ν = ω_turb/ω_motor.
Bei einer konventionellen Lamellenkupplung wird das Drehmoment M_k der Reibungskupplung über die Beziehung M_k=µ_reib ·r·z·[A·p_k-F_⊘] ermittelt, mit:
M_k
Drehmoment der Reibungskupplung,
µ_reib
Reibungskoeffizent der Reibungskupplung,
r
effektiver Reibradius,
z
Anzahl der Reibflächen,
A
Kolbenfläche des Betätigungszylinders der Rei bungskupplung,
p_k
Druck im Betätigungszylinder der Reibungskupp lung,
F_⊘
Minimalkraft zur Drehmomentübertragung.
Diese Gleichung ist abhängig vom mechanischen Aufbau der Kupplung und muß bei Bedarf den technischen Gegebenheiten angepaßt werden.
Der Druck p_k im Betätigungszylinder der Reibungskupplung wird vorteilhaft durch ein Druckregelventil eingestellt, das über den Strom durch seine Magnetspule angesteuert wird. Die Abhängigkeit des Drucks p_k vom Spulenstrom I_k folgt einem bestimmten funktionalen Zusammenhang p_k = f(I_k) der in einer Kennlinie abgelegt ist.
Diese Gleichungen (1) - (6) werden nun im modellbasierten Regelkonzept eingearbeitet. Grundidee hierbei ist, anhand von Gleichung (2) das Kupplungsmoment M_k zu berechnen, welches einen gewünschten Gradienten der Turbine dω_turb, soll/dt einstellt. Das hierfür notwendige Kupplungsmoment wird mit M_k,soll bezeichnet. Man erhält: M_k,soll = M_ turb*- Θ_turb·dω_turb,soll/dt mit M_ turb* dem berechneten Turbinenmoment aus dem im Rechner abgelegten Kennlinien. Ist dieses Kupplungsmoment bekannt, so kann der hierzu notwendige Kupplungssolldruck p_k,soll und Sollstrom I_k,soll berechnet werden. p_k,soll = M_k,soll /(µ_reib ·r·z·A)+ F_⊘/A I_k,soll = f-1 (p_k,soll)
Der Vorteil dieser modellbasierten Regelung ist, daß durch die Kenntnis des Einflusses der Störgröße M_ turb* auf die Regelstrecke ein Korrekturglied eingefügt wird, das die funktionale Abhängigkeit der Regelgröße von der Störgröße, d.h. das Verhalten der Regelstrecke in Reaktion auf die Störgröße berücksichtigt, sodaß die Abhängigkeit der Regelgröße von der Störgröße durch diese vorgeschaltete Korrekur minimiert wird. Zudem können vorhandene Nichtlinearitäten, z. B. Reibungskoeffizient, Druck-Strom-Kennlinie (6) eliminiert werden. Das System, bestehend aus Korrekturglied und Regelstrecke stellt damit eine nahezu lineare Ersatz-Regelstrecke dar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Turbinensollgradient dω_turb,soll/dt von einem Proportional-Integral-Differential-Regler eingestellt. Dieser Regler berechnet aus der aktuellen Turbinendrehzahl ω_turb,ist und der Solldrehzahl ω_turb,soll den Sollgradienten dω_turb,soll/dt, welcher Eingangsgröße in ein Korrekturglied ist. Der Sollwert ω_turb,soll ist zum geregelten Schließen einer Reibschlußverbindung gleich der Winkelgeschwindigkeit des Getriebeeingangs bzw. der Primärscheibe des Variators eines Umschlingungsgetriebes mit stufenlos veränderlicher Übersetzung: ω_turb,soll = ω_S1.
Bei Eingabe obiger Kenngrößen als Parameter in den Algorithmus des Korrekturgliedes zur Regelung wird die Abstimmung des Getriebes bei unterschiedlichen Motoren und Wandler erheblich vereinfacht.
Diese modellbasierte Regelung hat gegenüber konventionellen Regelungen den Vorteil, daß sie für die verschiedensten möglichen Leistungsanforderungen des Fahrers während des Schließens der Reibschlußverbindung ein darauf abgestimmtes, gleichermaßen komfortables Anfahren ermöglicht. Die Art der Regelung ist dabei mit und ohne Leistungsanforderung dieselbe, d. h. es müssen keine Sonderfunktionen der Regelung für Anfahren unter Motorleistungsanforderung geschaltet werden.
Vorzugsweise ist in der Regelung ein Notfallprogramm vorgesehen, falls die modellbasierte Regelung die Reibschlußverbindung nach Ablauf einer definierten Zeit nach dem Einstellen des Fahrtrichtungsvorwahlhebels auf Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt nicht vollständig schließen kann. In diesem Fall wird die Reibschlußverbindung über eine vorgegebene Schließrampe gesteuert geschlossen. Anderenfalls würde unter Umständen der Motor unverhältnismäßig hochdrehen. Die Verluste im Antriebsstrang wären hoch und die Reibschlußverbindung würde zu stark abgenutzt.
Bei Bedarf kann diese maximal zulässige Schließzeit der Reibschlußverbindung in einem Kennfeld als Funktion von Fahrzeuggröße, wie Drosselklappenstellung, Motormoment und/oder Getriebeöltemperatur abgelegt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Unterschreiten einer Mindestdrehzahldifferenz zwischen Turbine und Getriebeeingang die Reibschlußverbindung durch ein sprungartiges Anheben des Steuerdrucks der Reibschlußverbindung geschlossen.
Vorzugsweise ist der Steuerdruckendwert der Reibschlußverbindung in einer Weise begrenzt, daß das maximal übertragene Drehmoment geringer ist als das des Kraftübertragungselements im Variator eines Umschlingungsgetriebes mit stufenlos variabler Übersetzung. Damit wird auch bei Drehmomentspitzen in jedem Fall ein Durchrutschen des Kraftübertragungselements des Umschlingungsgetriebes vermieden, das zu einer Zerstörungs des Umschlingungsgetriebes führen kann.
Vorzugsweise werden die Regelparameter auf die Temperatur kompensiert. Damit wird der Veränderung der Viskosität des Getriebeöls mit der Temperatur Rechnung getragen.
In einer Zeichnung ist eine Ausgestaltung der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 einen Regelkreis zum Schließen einer Reibschlußverbindung.
Ein Regler 1 regelt über ein Korrekturglied 2 und einen Strom-Druck-Wandler 3 als Regelstrecke 4 eine Reibschlußverbindung, in die als Störgröße das Turbinendrehmoment M_turb eines hydrodynamischen Wandlers 5 eingeht. Eingangsgrößen des Regelkreises sind als Führungsgröße der Sollwert der Winkelgeschwindigkeit der Wandlerturbine ω_turb,soll und als Störgröße das Turbinendrehmoment M_turb. Ausgangsgröße des Regelkreises ist der Istwert der Winkelgeschwindigkeit der Wandlerturbine ω_turb,ist. Dieser Istwert wird mit der Führungsgröße ω_turb,soll am Summationspunkt 6 verglichen. Der Vergleich ergibt die Regeldifferenz, die Eingangsgröße des Reglers 1 ist. Dessen Ausganggröße ist der Sollwert der zeitlichen Ableitung der Winkelgeschwindigkeit der Wandlerturbine d(ω_turb,soll)/dt, der wiederum Eingangsgröße in das Korrekturglied 2 ist. Das Korrekturglied 2 berücksichtigt genau die funktionale Abhängigkeit der Regelgröße von der Störgröße, d. h. das Verhalten der Regelstrecke 4 in Reaktion auf die Störgröße, sodaß die komplexe Abhängigkeit der Regelgröße von der Störgröße durch diese vorgeschaltete Korrektur zu einer einfachen Abhängigkeit der Regelgröße von einer um diese funktionale Abhängigkeit korrigierten Störgröße wird. Ausgangsgröße des Korrekturglieds 2 ist ein Stromwert, der von dem Strom-Druck-Wandler 3 in einen Druckwert umgesetzt wird. Dieser Strom-Druck-Wandler 3 ist üblicherweise ein elektromagnetischer Druckregler. Dieser Druckwert ist Eingangsgröße in die Regelstrecke 4. Ausgangsgröße der Regelstrecke 4 ist der Istwert der Winkelgeschwindigkeit der Wandlerturbine ω_turb,ist. Das System aus Korrekturglied 2, Strom-Druck-Wandler 3 und Regelstrecke 4 bildet eine nahezu lineare Ersatz-Regelstrecke. Dies hat zum Vorteil, daß als Regler 1 ein leicht abstimmbarer Proportional-Integral-Differential-Regler verwendet werden kann, welcher in erster Näherung unabhängig von der verwendeten Kupplungsgeometrie und dem verwendeten Wandlers ist.
Bezugszeichen
1
Regler
2
Korrekturglied
3
Strom-Druck-Wandler
4
Regelstrecke
5
Wandler
6
Summationspunkt

Claims (11)

  1. Regelung zum Schließen einer Reibschlußverbindung bei einem Kraftfahrzeug mit Automatgetriebe, das einen hydrodynamischen Wandler (5), mindestens einen Planetenradsatz, mindestens zwei schaltbare Reibschlußverbindungen beinhaltet, die vorzugsweise als Reibungskupplungen bzw. Getriebebremsen ausgebildet sind, wobei der Betätigungszylinder der für die vorbestimmte Fahrtrichtung zu schließenden Reibschlußverbindung nach erfolgter Fahrtrichtungsvorwahl mit Hydraulikflüssigkeit vorbefüllt wird, bis die Reibflächen spielfrei aneinander liegen, und die für die vorbestimmte Fahrtrichtung zu lösende Reibschlußverbindung getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu schließenden Reibschlußverbindung in einer Weise geregelt geschlossen wird, daß das Kraftfahrzeug im Motorleerlauf wie auch für beliebige Gasanforderungen ruckfrei ohne unverhältnismäßiges Hochdrehen des Motors anfährt, indem der Hydraulikdruck als Funktion der Zeit hochgeregelt wird, wobei die Regelung einen modellbasierenden Regelalgorithmus besitzt, in den die Drehzahlen vom Motor, respektive Wandlerpumpenrad und vom Wandlerturbinenrad, respektive Reibschlußverbindung-Primärseite sowie das Trägheitsmoment des Motors und das der Wandler-Turbine und das Drehmoment von Motor, Wandlerpumpenrad, Wandlerturbinenrad, Nebenaggregat-Verbraucher und Reibschlußverbindung sowie die Wandlerkennlinien als Parameter bzw. Eingangsgrößen eingehen.
  2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Eingangsgrößen in den modellbasierten Regelalgorithmus das gekoppelte Differentialgleichungssystem gilt: dω_motor/dt = 1/Θ_motor·[M_motor-M_verbr-M_p], dω_turb/dt = 1/Θ_turb·[M_ turb-M_k], mit:
    ω_motor
    Winkelgeschwindigkeit des Motors,
    t
    Zeit,
    Θ_motor und
    Trägheitsmoment von Motor, Wandlerpumpenrad Verbindungswellen,
    M_motor
    Drehmoment des Motors,
    M_verbr
    Drehmoment der Nebenaggregat-Verbraucher,
    M_p
    Drehmoment des Wandlerpumpenrades,
    ω_turb
    Winkelgeschwindigkeit des Wandlerturbinenrades,
    Θ_turb
    Trägheitsmoment von Wandler-Turbine, Kupplungseingangsseite und Verbindungswellen,
    M_turb
    Drehmoment des Wandlerturbinenrades,
    M_k
    Drehmoment der Reibungskupplung,
    wobei die Kopplung der Differentialgleichungen durch die Wandlerkennlinle µ über die Beziehung M_turb=µ·M_p =µ(ν)·M_p gegeben ist, wobei ν das Drehzahlverhältnis ω_turb/ω_motor ist, und diese Gleichungen in ein modellbasierten Regelkonzept eingearbeitet werden, wobei das Soll-Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbindung M_k,soll durch den der Sollwert der zeitlichen Ableitung der Winkelgeschwindigkeit der Wandlerturbine d(ω_turb,soll)/dt über die Beziehung M_k/soll = M_ turb*- Θ_turb·dω_turb,soll/dt bestimmt wird, wobei M_ turb* das berechneten Turbinenmoment aus dem im Rechner abgelegten Kennlinien ist.
  3. Regelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment der Wandlerpumpe M_p durch die Beziehung M_p = M_p,ref(ν)·ω2_motor/ω2_ref bestimmt wird, wobei ω_ref die Winkelgeschwindigkeit ist, bei der die Wandlerkennlinien µ(ν) und M_p,ref(ν) vermessen werden und ν das Drehzahlverhältnis: ν = ω_turb/ω_motor ist.
  4. Regelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibschlußverbindung von einer Betätigungseinrichtung über ein Druckmittel mit Kraft beaufschlagt und der Sollwert des Drucks p_k,soll in der Betätigungseinrichtung über die Beziehung p_k,soll = M_k,soll /(µ_reib ·r·z·A)+ F_⊘/A bestimmt wird, mit:
    M_k
    Drehmoment der Reibungskupplung,
    µ_reib
    Reibungskoeffizent der Reibungskupplung,
    r
    effektiver Reibradius,
    z
    Anzahl der Reibflächen,
    A
    Kolbenfläche der Betätigungseinrichtung der Rei bungskupplung,
    p_k
    Druck im der Betätigungseinrichtung der Reibungskupplung,
    F_⊘
    Minimalkraft zur Drehmomentübertragung.
  5. Regelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck p_k der Betätigungseinrichtung der Reibschlußverbindung durch ein elektromagnetisches Druckregelventil geregelt wird, das über den Strom durch seine Magnetspule angesteuert wird und die Abhängigkeit des Drucks p_k vom Spulenstrom I_k, d. h. die Funktion p_k = f(I_k) in einer Kennlinie abgelegt ist und aus dieser Kennlinie der Regel-Spulenstrom für das elektromagnetisches Druckregelventil I_k,soll = f-1(p_k,soll) ermittelt wird.
  6. Regelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinensollgradient dω_turb,soll/dt von einem Proportional-Integral-Differential-Regler eingestellt wird und dieser Regler (1) aus der aktuellen Turbinenwinkelgeschwindigkeit ω_turb,ist und der Sollwinkelgeschwindigkeit ω_turb,soll den Sollgradienten dω_turb,soll/dt berechnet, welcher Eingangsgröße in ein Korrekturglied (2) ist, wobei der ω_turb,soll zum geregelten Schließen einer Reibschlußverbindung gleich der Winkelgeschwindigkeit des Getriebeeingangs ω_S1 ist.
  7. Regelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regelung ein Notfallprogramm vorgesehen ist, das, falls die modellbasierte sRegelung die Reibschlußverbindung nach Ablauf einer definierten Zeit nach dem Einstellen des Fahrtrichtungsvorwahlhebels auf Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt nicht vollständig schließen kann, die Reibschlußverbindung über eine vorgegebene Schließrampe schließt.
  8. Regelung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal zulässige Schließzeit der Reibschlußverbindung in einem Kennfeld als Funktion von Fahrzeuggröße, wie Drosselklappenstellung, Motormoment und/oder Getriebeöltemperatur abgelegt ist.
  9. Regelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Unterschreiten einer Mindestdrehzahldifferenz zwischen Turbine und Getriebeeingang die Reibschlußverbindung durch ein sprungartiges Anheben des Steuerdrucks der Reibschlußverbindung geschlossen wird.
  10. Regelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruckendwert der Reibschlußverbindung in einer Weise begrenzt ist, daß das maximal übertragene Drehmoment geringer ist als das des Kraftübertragungselements im Variator eines Umschlingungsgetriebes mit stufenlos variabler Übersetzung.
  11. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Regelparameter temperaturkompensiert werden.
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